19世紀末,經典物理學在各個領域都取得了很大的成功,有牛頓的經典力學,還有電磁學都很完善了。甚至有許多物理學家認為物理學已經發展到頭了,後輩的物理學家只要做一些修補工作就行了。但是,在物流學晴朗天空遠處,還有兩朵令人不安的烏雲。這兩朵烏雲,一個是黑體輻射實驗,一個是麥可遜—莫雷實驗,正式這兩朵烏雲發展稱為一場革命風暴,烏雲下了雨,澆灌了兩朵鮮花,一朵是量子理論,一朵是相對論。
什麼是熱輻射:一切物體在任何溫度下都在輻射電磁波,這種輻射與溫度有關。溫度越高,輻射越是波長較短的電磁波。煉鐵中融化的鐵就會發出很強的熱輻射,隨著溫度變化鐵的顏色由黑變紅變黃。除了熱輻射外,物體表面還會吸收和反射電磁波。常溫下看到的物體顏色是物體反射了該頻率的電磁波,吸收了其他頻率的電磁波。一些物體看起來很黑,主要是由於它吸收了大絕大部分電磁波,反射的很少。
什麼是黑體?如果一個物體在任何溫度下,都能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射,就稱這種物體為絕對黑體。黑體是完全的吸收體,也是理想的輻射體。黑體輻射電磁波的規律只與黑體的溫度有關,因而可以反應具有普遍意義的規律。人造黑體模型——帶小孔的空腔。
通過給空腔體加熱,並研究其輻射規律,就可能得到不同溫度下黑體的單色幅出度隨波長(頻率)變化的關係曲線。德國物理學家維恩在1896年提出了輻射強度按波長分布的理論公式,維恩公式在短波部分與實驗結果吻合得很好,但長波不行。英國物理學家瑞利在1990年也提出了輻射強度按波長的分布理論公式,瑞利公司在長波部分與實驗結果較吻合,但在紫外區就算的輻射強度為無窮大,當時稱為紫外災難。
1900年,普朗克作出了大膽的假設:能量不連續,只能去某一最小能量的整數倍,能量是量子化的。物體發射或者吸收電磁輻射時交換能量的最小單位是能量子。
普朗克在德國物流學會會議上提出一個黑體輻射公式
普朗克公式與實驗結果符合,打破了一切自然過程能量都是連續的經典宏觀看法,標誌著量子時代的開始。